JP2006506010A - Phase noise reduction device - Google Patents

Phase noise reduction device Download PDF

Info

Publication number
JP2006506010A
JP2006506010A JP2004551040A JP2004551040A JP2006506010A JP 2006506010 A JP2006506010 A JP 2006506010A JP 2004551040 A JP2004551040 A JP 2004551040A JP 2004551040 A JP2004551040 A JP 2004551040A JP 2006506010 A JP2006506010 A JP 2006506010A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase noise
line
noise reduction
reduction device
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004551040A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
クレト、デニ−ジェラール
Original Assignee
テールズ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by テールズ filed Critical テールズ
Publication of JP2006506010A publication Critical patent/JP2006506010A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B15/00Generation of oscillations using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, or using superconductivity effects
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/10Junction-based devices
    • H10N60/12Josephson-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N69/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one superconducting element covered by group H10N60/00

Landscapes

  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

【解決手段】基本周波数f0の、準周期的源から来る信号(Sin)の位相ノイズを低減するための装置が、磁束量子φ0を移動することによって電圧パルスを伝送するためのアクティブ線路を備えた超伝導回路を含む。この回路は、0.3fcが、入力として印加される準周期的信号(Sin)の基本周波数f0以下であるような特性周波数fcを有するように定義され、かつ基本周波数f0の電圧パルス信号を出力として送出する。An apparatus for reducing phase noise of a signal (Sin) coming from a quasi-periodic source with a fundamental frequency f0 comprises an active line for transmitting voltage pulses by moving a flux quantum φ0. Includes superconducting circuits. This circuit is defined to have a characteristic frequency fc such that 0.3fc is equal to or lower than the fundamental frequency f0 of the quasi-periodic signal (Sin) applied as an input, and outputs a voltage pulse signal having the fundamental frequency f0. Send out as

Description

本発明は、準周期的源から来る信号の位相ノイズを低減するための装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for reducing the phase noise of a signal coming from a quasi-periodic source.

本発明は、特に超伝導論理回路、とりわけRSFQ(高速単一磁束量子)技術における論理回路に適用される。   The invention applies in particular to superconducting logic circuits, in particular logic circuits in RSFQ (High Speed Single Flux Quantum) technology.

一般に、論理システムは、順序付けおよび同期化機能のために、少なくとも1つのクロック信号を用いる。クロック信号は、通常、発振器によって生成される。これらの準周期的信号は、発振器に共振フィルタを組み込んでいても、完全には純粋ではない。したがって、発振器によって生成される準周期的信号のスペクトル密度表示を検討すると、ノイズフロアが観察される。これは、スペクトルのホワイトノイズであり、準周期的信号の短期位相ノイズに相当する。デジタルシステム(コンピュータまたは他のシステム)で通常用いられる位相同期回路では、この短期位相ノイズの低減は可能ではない。その動作は、周波数ドリフトを防ぐための長期の安定効果を有する。   In general, logic systems use at least one clock signal for ordering and synchronization functions. The clock signal is usually generated by an oscillator. These quasi-periodic signals are not completely pure even if the oscillator incorporates a resonant filter. Therefore, when considering the spectral density display of the quasi-periodic signal generated by the oscillator, a noise floor is observed. This is spectral white noise and corresponds to the short-term phase noise of the quasi-periodic signal. In phase-locked circuits normally used in digital systems (computers or other systems), this short-term phase noise reduction is not possible. Its operation has a long-term stabilizing effect to prevent frequency drift.

以下において、用語「位相ノイズ」は、信号の周波数スペクトルにおけるノイズフロアかまたはホワイトノイズに相当するノイズを意味するものと理解されたい。本発明の主題は、この位相ノイズを低減するための装置である。このような装置は、高速デジタルエレクトロニクスの分野で特に有益である。この装置によって、特に、高周波および超高周波で動作するデジタル回路において特に厄介な、クロック信号におけるジッタの低減が可能となる。   In the following, the term “phase noise” shall be understood to mean noise corresponding to noise floor or white noise in the frequency spectrum of the signal. The subject of the present invention is an apparatus for reducing this phase noise. Such a device is particularly useful in the field of high-speed digital electronics. This arrangement allows the reduction of jitter in the clock signal, which is particularly troublesome in digital circuits operating at high and very high frequencies.

高速デジタル電子システムにおいて、超伝導回路を用いる論理ファミリが開発された。これは、磁束の量子化の使用および単一の磁束量子φ0の移動に基づいたRSFQ(高速単一磁束量子)論理ファミリである。このアプローチにおいて、論理データ処理は、結局、電流ループにおける磁束量子の通過に起因する電圧パルスを操作することになる。超伝導体に基づくこの論理ファミリの基本要素の1つは、分岐されたジョセフソン接合であり、この接合によって、単一の磁束量子を移動させるかまたは保持することが可能となり、そして接合への磁束量子の通過によって、その末端に∫Vdt=h/2e=φ0=2.07×10−15ウェーバ(hはプランク定数である)の電圧パルスが結果としてもたらされる。したがって、現在の技術を用いた場合、電圧パルスは、1ピコ秒にわたり2ミリボルトオーダの振幅を有する。   A logic family using superconducting circuits has been developed in high-speed digital electronic systems. This is an RSFQ (High Speed Single Flux Quantum) logic family based on the use of flux quantization and the movement of a single flux quantum φ0. In this approach, logical data processing will eventually manipulate voltage pulses due to the passage of flux quanta in the current loop. One of the basic elements of this logic family based on superconductors is a branched Josephson junction, which allows a single flux quantum to be moved or retained and to the junction. The passage of flux quanta results in a voltage pulse at the end of ∫Vdt = h / 2e = φ0 = 2.07 × 10−15 Weber (h is the Planck constant). Thus, using current technology, the voltage pulse has an amplitude on the order of 2 millivolts over 1 picosecond.

各接合は、そのジオメトリおよび使用される技術に依存した臨界電流Icおよび常伝導抵抗Rnによって定義される。伝播/移動機能が、しかるべき接合のバイアス電流制御によって提供され、これによって、接合を通して流れる電流を増加するかまたは減少することが可能となり、かくして磁束量子をループに保持するか、または接合を通して次のループへ磁束量子を移動させることが可能となる。   Each junction is defined by a critical current Ic and a normal resistance Rn depending on its geometry and the technology used. Propagation / movement functionality is provided by appropriate junction bias current control, which allows the current flowing through the junction to be increased or decreased, thus holding the flux quanta in the loop or following through the junction. It is possible to move the magnetic flux quantum to the loop.

RSFQ論理により、超高周波で動作可能な、アナログ/デジタルコンバータ、ランダムアクセスメモリ、および高速フーリエ変換を計算する信号処理用プロセッサなどの多くの論理回路が結果としてもたらされた。RSFQ論理素子の動作上限は、論理素子のジオメトリおよび用いられる技術(三層、プレーナ等)に依存するその臨界周波数によって与えられる。この特性周波数は、次の方程式によって与えられる。すなわち、
fc=IcRn/φ0
ここで、Icは接合の臨界電流であり、Rnは常伝導抵抗であり、φ0は磁束量子であって2.07×10−5ウェーバに等しい。
RSFQ logic has resulted in many logic circuits, such as analog / digital converters, random access memories, and signal processing processors that compute fast Fourier transforms that can operate at very high frequencies. The upper operating limit of an RSFQ logic element is given by its critical frequency, which depends on the logic element geometry and the technology used (three layers, planar, etc.). This characteristic frequency is given by the following equation: That is,
fc = IcRn / φ0
Here, Ic is a critical current of the junction, Rn is a normal resistance, φ0 is a flux quantum, and is equal to 2.07 × 10 −5 Weber.

RSFQ論理における適用例の有益な検討が、コンスタンティン・K.リクハレヴ(Konstantin K. Likharev)による文書「超伝導エレクトロニクスの進歩および展望(Progress and prospects of superconducting electronics)」(スーパーコンダクティング サイエンス テクノロジ(Superconducting Science Technology)、3(1990)、325〜337ページ)に見出される。   A useful discussion of application examples in RSFQ logic is Konstantin K. Document “Progress and prospects of superconducting electronics” by Konstantin K. Likharev (Superconducting Science Technology (Superconducting Science Technology) (3), Superconducting Science Technology (Superconducting Science 37) It is.

RSFQ論理における別のアクティブ素子が、ジョセフソン伝送線路である。ジョセフソン伝送線路は、並列に分岐されたジョセフソン接合を含む線路であり、これらの接合は、超伝導インダクタによってその間を結合される。このような線路は、単一磁束量子の伝播を可能とし、したがって、論理データの移送媒体として役立つ。   Another active element in RSFQ logic is the Josephson transmission line. A Josephson transmission line is a line including Josephson junctions branched in parallel, and these junctions are coupled therebetween by a superconducting inductor. Such a line allows the propagation of single flux quanta and thus serves as a transport medium for logical data.

このような線路の入力として印加される、1ピコ秒にわたる2ミリボルトオーダの、非常に短い電圧パルスが、フラクソンとも呼ばれる磁束量子φ0の伝播により、永久電流ループを通り、この線路に沿って伝播する。この電圧パルスが、出力部で回復される。これらのジョセフソン伝送線路によって、歪みのない論理パルス伝送が可能となる。   A very short voltage pulse of the order of 2 millivolts over 1 picosecond applied as the input of such a line propagates along this line through the permanent current loop by propagation of the flux quantum φ0, also called fluxon. . This voltage pulse is recovered at the output. These Josephson transmission lines enable logic pulse transmission without distortion.

2つのパルスが入力として連続して印加される場合には、2つのフラクソンが線路で生成され、この線路に沿って伝播する。これらの2つのフラクソンは、入力として印加される2つのパルスを分離する時間間隔を表す距離によって、線路で分離される。しかしながら、生成されるフラクソン間の斥力相互作用のために、2つのフラクソン間の距離dが、この斥力相互作用がかなりの強さとなるほど短い場合には、線路で空間的再分配が起こるが、これは、線路の入力部で観察された時間間隔とは異なる、2つのパルスを分離する時間間隔によって出力部で明らかにされる。言いかえれば、線路において、1つのパルスが加速され、もう一方が減速された。この効果は、V.K.カプルネンコ(V.K. Kaplunenko)による「オーバーダンプ型ジョセフソン伝送線路におけるフラクソン相互作用(Fluxon interaction in an overdamped Josephson transmission line)」(アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)、66、(24)、1995年6月12日)と題された文書で明確に説明されたが、この文書は、超伝導インダクタによって並列に結合された200の分岐ジョセフソン接合を含み、かつ104GHzの特性周波数fcを有するジョセフソン伝送線路で実験的に観察された、この効力の数的な実例を備えている。fc−1に相当し、9.6ps(ピコ秒)離れた2つの電圧パルスが、入力としてこの線路に印加される。この線路に沿って伝播する2つのフラクソン間の時間間隔が増加する。出力部において、27ps離れた2つの電圧パルスが得られる。フラクソン間の斥力のために、1つのパルスが減速され、もう一方が加速されて、結果として、2つのパルスを分離する時間間隔の増加がもたらされた。この修正現象が実際に観察されるのは、3fc−1で値が求められる接合の飽和時間、すなわち例において約28.8ps、未満の時間間隔に対応するフラクソン間距離に対してのみである。フラクソンの間の距離が大きすぎる場合には、力は十分に強くはない。したがって、力が強くなるように、生成されるフラクソンは、十分に接近していることが必要である。例において、30ピコ秒離れた2つのパルスが線路に注入される場合には、線路の出力部におけるこの時間間隔は不変である。   When two pulses are applied continuously as inputs, two fluxons are generated on the line and propagate along this line. These two fluxons are separated on the line by a distance representing the time interval separating the two pulses applied as inputs. However, due to the repulsive interaction between the fluxons that are generated, if the distance d between the two fluxons is so short that this repulsive interaction is significant, spatial redistribution occurs on the line, Is revealed at the output by the time interval separating the two pulses, which is different from the time interval observed at the input of the line. In other words, on the track, one pulse was accelerated and the other was decelerated. This effect is achieved by V.V. K. "Fluxon interaction in an overdamped Josephson transmission line" (Applied Physics Letters, Applied Ps. L, 66) Clearly described in a document entitled June 12, 1995), which includes 200 branched Josephson junctions coupled in parallel by a superconducting inductor and has a characteristic frequency fc of 104 GHz It contains a number of examples of this effect that have been experimentally observed on the Josephson transmission line. Two voltage pulses corresponding to fc-1 and separated by 9.6 ps (picoseconds) are applied as inputs to this line. The time interval between two fluxons propagating along this line increases. At the output, two voltage pulses separated by 27 ps are obtained. Because of the repulsion between the fluxons, one pulse was decelerated and the other was accelerated, resulting in an increase in the time interval separating the two pulses. This correction phenomenon is actually observed only for the junction saturation time for which a value is determined at 3fc-1, i.e., the inter-Fluxon distance corresponding to a time interval less than about 28.8 ps in the example. If the distance between the fluxons is too large, the force is not strong enough. Therefore, the generated fluxon needs to be sufficiently close so that the force is strong. In the example, if two pulses 30 picoseconds apart are injected into the line, this time interval at the output of the line is unchanged.

したがって、論理データを表わすビットシーケンスは、フラクソン間の斥力相互作用効果により、ジョセフソン伝送線路において修正可能だが、これは、論理情報の損失に等しい。論理システムにおいて、この情報の損失は、重大な影響、すなわち生情報の損失、非同期化(位相比較器)等をもたらす可能性がある。この相互作用問題を回避するために、当該文書の筆者は、線路で生成される2つのフラクソン間の時間間隔が、この例において、3fc−1以上、すなわち28.8ps(飽和値)であるように線路を設計することを推奨している。適切な設計は、回路の定義において、特に、臨界電流、常伝導抵抗およびインダクタンスを変えることによって得られる。したがって、相互作用効果は、ジョセフソン接合のバイアス電流を変えることにより、動作において低減することができる。   Thus, the bit sequence representing the logical data can be modified in the Josephson transmission line due to the repulsive interaction effect between the fluxons, which is equivalent to the loss of logical information. In logic systems, this loss of information can lead to significant effects, ie loss of raw information, desynchronization (phase comparator), and the like. In order to avoid this interaction problem, the author of the document seems that the time interval between the two fluxons generated on the track is 3fc-1 or higher, ie 28.8 ps (saturated) in this example. It is recommended to design the track. Appropriate design is obtained in the circuit definition, especially by changing the critical current, normal resistance and inductance. Thus, the interaction effect can be reduced in operation by changing the Josephson junction bias current.

準周期的源から来る信号のホワイトノイズのろ過に関し、本発明において、フラクソン間のこの斥力相互作用効果は、そこから有利な技術的効果を引き出すのに役立つ。本発明の基礎概念は、基本周波数f0の任意の準周期的源から来るクロック信号からの一連のパルスにこの効果を用いて、この信号のホワイトノイズレベルを、基本波のレベルに比べて低下させるようにすることである。それは、電圧パルスからなるタイプのクロック信号の場合を取り上げると、ホワイトノイズレベルが、信号パルスの時間的分散に、およびしたがって超伝導伝送線路で生成されるフラクソン間の空間的距離の分散に起因するからである。   Regarding the filtering of white noise in signals coming from quasi-periodic sources, in the present invention, this repulsive interaction effect between fluxons serves to derive advantageous technical effects therefrom. The basic concept of the present invention uses this effect on a series of pulses from a clock signal coming from any quasi-periodic source of fundamental frequency f0 to reduce the white noise level of this signal relative to the fundamental level. Is to do so. Taking the case of a type of clock signal consisting of voltage pulses, the white noise level is due to the temporal dispersion of the signal pulses and thus the dispersion of the spatial distance between the fluxons generated in the superconducting transmission line. Because.

線路の全長にわたる相互作用効果は、次のことを意味する。すなわち、線路の限られた距離内におけるフラクソンの再分配が、平滑値を中心にした大数のランダムな振る舞いにより、フラクソン間距離の平均値に対応するのが観察されるということである。フラクソンのこの空間的再分配の直接的効果として、出力部におけるパルスの時間的再分配がある。   The interaction effect over the entire length of the track means the following: That is, it is observed that the redistribution of fluxons within a limited distance of the line corresponds to the average value of the distance between fluxons by a large number of random behaviors centered on the smooth value. A direct effect of this spatial redistribution of Flaxson is the temporal redistribution of pulses at the output.

準周期的信号のホワイトノイズは、信号においては、パルスの時間的分散によって明らかにされ、超伝導伝送線路においては、2つの連続的なフラクソン間の空間的距離の分散によって明らかにされる。   The white noise of a quasi-periodic signal is manifested in the signal by the temporal dispersion of the pulses and in the superconducting transmission line by the dispersion of the spatial distance between two consecutive fluxons.

入力部における信号の周期的な性質のために、フラクソンは、線路において周期格子として構成される。これは、ジョセフソン伝送線路において、磁束量子の伝播方向に沿った一次元周期格子である。一定の数のパルスの後、過渡遅れに対応して、この格子の再分配が起こり、平滑なフラクソン間距離は、ほぼ平均値となる。   Due to the periodic nature of the signal at the input, the fluxon is configured as a periodic grating in the line. This is a one-dimensional periodic grating along the propagation direction of magnetic flux quantum in the Josephson transmission line. After a certain number of pulses, this grid redistribution occurs corresponding to the transient delay, and the smooth inter-Faxon distance is approximately average.

このように、大数の統計と結合したフラクソン間の斥力現象は、格子内におけるフラクソンの均等な再分配につながり、それによって結果として、線路の出力部において、準周期的信号におけるホワイトノイズレベルの低減がもたらされる。   Thus, the repulsive phenomenon between fluxons combined with a large number of statistics leads to an even redistribution of fluxons within the lattice, thereby resulting in a white noise level in the quasi-periodic signal at the output of the line. A reduction is brought about.

一般に、本発明によれば、電子(quantronic回路)、磁束量子または渦糸など、システムの飽和値(特性周波数)より短い粒子間距離に対して、自身の間に斥力相互作用を有する粒子を生成できる任意の物理システムを取り上げると、その物理システムにおける粒子格子の再構成により位相ノイズを低減することが可能である。   In general, according to the present invention, particles having a repulsive interaction between themselves are generated for an interparticle distance shorter than a system saturation value (characteristic frequency) such as an electron (quanttronic circuit), a magnetic flux quantum, or a vortex. Taking any physical system that can do, phase noise can be reduced by reconstructing the particle lattice in that physical system.

したがって、本発明は、基本周波数f0の準周期的源から来る信号の位相ノイズを低減するための装置に関する。本発明によれば、この装置には、粒子を移動することによりパルスを伝送するための物理システムが含まれるが、このシステムは、特性周波数に依存する下限を備えた、装置の動作周波数範囲を定義する特性周波数fcを有するように定義され、その方法として、入力として印加される準周期的信号に関して、当該粒子が相互の斥力相互作用を有し、当該システムが、基本周波数f0におけるパルスを出力として送出するようにする。   The invention therefore relates to an apparatus for reducing the phase noise of a signal coming from a quasi-periodic source of fundamental frequency f0. According to the present invention, the device includes a physical system for transmitting pulses by moving particles, but this system has an operating frequency range of the device with a lower limit that depends on the characteristic frequency. Defined as having a characteristic frequency fc that defines, as a method, for a quasi-periodic signal applied as input, the particles have a repulsive interaction with each other and the system outputs a pulse at the fundamental frequency f0 To be sent out.

本発明はまた、基本周波数f0の準周期的源から来る信号の位相ノイズを低減するための装置に関する。本発明によれば、この装置には、磁束量子φ0の移動によって電圧パルスを伝送するためのアクティブ線路を備えた超伝導回路が含まれ、そしてこの回路は、0.3fc≦f0(ここで、f0は、入力として印加される準周期的信号(Sin)の基本周波数である)となる特性周波数fcを有するように定義され、かつ出力として、基本周波数f0の電圧パルス信号を送出する。   The invention also relates to a device for reducing the phase noise of a signal coming from a quasi-periodic source of fundamental frequency f0. In accordance with the present invention, the device includes a superconducting circuit with an active line for transmitting voltage pulses by the movement of the flux quantum φ0, and the circuit has 0.3fc ≦ f0 (where f0 is defined to have a characteristic frequency fc which is a fundamental frequency of a quasi-periodic signal (Sin) applied as an input, and a voltage pulse signal having a fundamental frequency f0 is transmitted as an output.

位相ノイズの低減は、アクティブな電圧パルス伝送線路からなる超伝導回路を定義することによって改善可能だが、その場合、準周期的信号を印加することの影響により回路に生成される磁束量子が、二次元周期格子に沿って構成されるようにする。かくして、磁束量子間の相互作用が、格子の二次元に沿った最も近くの磁束量子間で発生する。   Phase noise reduction can be improved by defining a superconducting circuit consisting of active voltage pulse transmission lines, in which case the flux quanta generated in the circuit by the effect of applying a quasi-periodic signal is It is constructed along a dimensional periodic lattice. Thus, interactions between flux quanta occur between the nearest flux quanta along the two dimensions of the lattice.

本発明は、ジョセフソン伝送線路で生成される磁束量子だけでなく、より一般的に、アクティブな電圧パルス伝送線路に基づいた任意の超伝導回路に適用される。特に、本発明はまた、渦糸磁束伝送線路、すなわち伝送線路であって、長いジョセフソン接合、ジョセフソン渦糸磁束フロー、スロット線路もしくはマイクロブリッジ線路、またはアブリコソフ渦糸磁束フローを備えた伝送線路に適用される。   The invention applies not only to flux quanta generated in Josephson transmission lines, but more generally to any superconducting circuit based on active voltage pulse transmission lines. In particular, the present invention also provides a vortex flux transmission line, i.e. a transmission line, comprising a long Josephson junction, a Josephson vortex flux flow, a slot line or a microbridge line, or an Abrikosov vortex flux flow. Applies to

位相低減装置は、さらに、周波数逓倍器回路において有利に用いることが可能である。   The phase reduction device can also be advantageously used in a frequency multiplier circuit.

本発明の他の利点および特徴は、添付の図面を参照し、本発明の非限定的な表示として与えられた以下の説明を読むことによって、よりはっきりと明らかになるであろう。   Other advantages and features of the present invention will become more clearly apparent when reading the following description given as a non-limiting representation of the invention with reference to the accompanying drawings.

図1は、準周期的源から来て、論理システムにおいてクロック信号として印加される信号Sinのスペクトル密度A(Sin)を示す。本発明において、目標は、従来の準周期的源(発振器)から来る信号にとっては約−115〜−120dBcである位相ノイズ/信号比N2/N1を、少なくとも10分の1に低減することである。このような低減は、超高周波で動作するエレクトロニクスの分野、および特に、熱ノイズが低い、高Tc(高臨界温度)超伝導RSFQ論理回路に基づくシステムで特に有利である。したがって、短期ノイズが著しく低減された信号の利益が、完全に利用される。   FIG. 1 shows the spectral density A (Sin) of a signal Sin coming from a quasi-periodic source and applied as a clock signal in a logic system. In the present invention, the goal is to reduce the phase noise / signal ratio N2 / N1, which is about −115 to −120 dBc for signals coming from a conventional quasi-periodic source (oscillator), to at least 1/10. . Such a reduction is particularly advantageous in the field of electronics operating at very high frequencies, and in particular in systems based on high Tc (high critical temperature) superconducting RSFQ logic circuits with low thermal noise. Thus, the benefits of signals with significantly reduced short-term noise are fully utilized.

図2は、電圧パルス伝送線路に基づいた超伝導回路を含む、本発明による位相ノイズ低減装置の第1の実施形態を示すが、この回路の入力部に、処理される信号Sinが印加され、そして回路が、位相ノイズが低減された信号Soutを出力として送出する。   FIG. 2 shows a first embodiment of a phase noise reduction device according to the invention comprising a superconducting circuit based on a voltage pulse transmission line, the signal Sin to be processed being applied to the input of this circuit, Then, the circuit sends out a signal Sout with reduced phase noise as an output.

この例において、伝送線路は、単純化された回路図として示された複数のジョセフソン接合JJ1、JJ2、...JJ200を含むジョセフソン伝送線路である。ジョセフソン接合は、分岐され、並列に取り付けられ、超伝導インダクタLs1、Ls2、Ls3、...Ls200を介して互いに結合される。超伝導インダクタLs0もまた、入力信号電極Aと第1のジョセフソン接合JJ1との間で入力部に設けられている。入力信号は、2つの入力信号電極AとMとの間で線路の末端に印加される。出力信号Soutは、2つの出力信号電極BとM’との間において、線路の出力部で得られる。電極MおよびM’は、線路の接地電極である。永久電流ループBcが、接合によって閉じられた各セルに確立されるように、接合は、接合の臨界電流未満の電流Icでバイアスをかけられる。   In this example, the transmission line includes a plurality of Josephson junctions JJ1, JJ2,. . . This is a Josephson transmission line including JJ200. Josephson junctions are branched and mounted in parallel, and superconducting inductors Ls1, Ls2, Ls3,. . . They are coupled to each other via Ls200. A superconducting inductor Ls0 is also provided at the input portion between the input signal electrode A and the first Josephson junction JJ1. The input signal is applied between the two input signal electrodes A and M at the end of the line. The output signal Sout is obtained at the output part of the line between the two output signal electrodes B and M ′. Electrodes M and M 'are line ground electrodes. The junction is biased with a current Ic less than the critical current of the junction so that a permanent current loop Bc is established for each cell closed by the junction.

このような線路の入力部にパルスを印加すると、接合の電流が臨界電流よりも増加する。ジョセフソン効果が生ずる。すなわち、磁束量子が電流ループを通り抜け、対応する電圧パルスが接合の末端に現われる。このように電圧パルスは、歪められずに、線路に沿って伝播する。   When a pulse is applied to the input portion of such a line, the junction current increases beyond the critical current. Josephson effect occurs. That is, the flux quanta pass through the current loop and a corresponding voltage pulse appears at the end of the junction. Thus, the voltage pulse propagates along the line without being distorted.

クロック信号パルス列が印加される場合には、対応する列が出力部で回復される。本発明によれば、線路の特性は、所定の特性周波数fcを得るように選択される。この特性周波数fcは、この特性周波数に依存する下限を備えた、装置の動作周波数範囲を定義する。入力部に印加される準周期的信号は、その基本周波数が、このように定義された動作範囲内に位置するが、この準周期的信号に関して、有効な斥力相互作用が得られ、それによって、この信号のホワイトノイズのバックグラウンドを低減することが可能となる。   When a clock signal pulse train is applied, the corresponding train is recovered at the output. According to the present invention, the characteristics of the line are selected so as to obtain a predetermined characteristic frequency fc. This characteristic frequency fc defines the operating frequency range of the device with a lower limit that depends on this characteristic frequency. The quasi-periodic signal applied to the input has its fundamental frequency within the operating range defined in this way, but with this quasi-periodic signal, an effective repulsive interaction is obtained, thereby It is possible to reduce the background of white noise of this signal.

特に、線路の特性は、0.3fc≦f0を満足させる特性周波数fcを得るように選択される。ここで、0.3fcは、この装置の動作範囲の下限である。   In particular, the characteristics of the line are selected so as to obtain a characteristic frequency fc that satisfies 0.3fc ≦ f0. Here, 0.3 fc is the lower limit of the operating range of this device.

したがって、平均では、フラクソン間距離は線路の飽和値未満である。磁束量子(フラクソン)間の斥力相互作用現象は、平均フラクソン間値あたりで、線路に沿った磁束量子(フラクソン)の空間的再分配に帰着するが、これは、2つのパルス間の時間間隔の平均値に対応して平均値あたりに平滑化することによって行われる。出力部において、信号は、パルス間の時間間隔の標準偏差が相当に低減されている。このようにして、入力信号の短期ノイズまたは位相ノイズが低減される。   Therefore, on average, the distance between fluxons is less than the saturation value of the line. The repulsive interaction phenomenon between flux quanta (fluxons) results in a spatial redistribution of flux quanta (fluxons) along the line around the mean inter-fluxon value, which is the time interval between two pulses. This is done by smoothing around the average value corresponding to the average value. In the output section, the signal has a considerably reduced standard deviation of the time interval between pulses. In this way, short-term noise or phase noise of the input signal is reduced.

ジョセフソン伝送線路の特性は、主としてインダクタンスであり、これらのインダクタンスは、線路の長さならびに技術、特に相互インダクタンスLm、および接合の特性、すなわち臨界電流Icと常伝導抵抗Rnに依存する。図2の図面を過度に複雑にしないために、ジョセフソン接合のこれらの周知の特性は、第1の接合JJ1のためにのみ示されている。   The characteristic of the Josephson transmission line is mainly the inductance, which depends on the length of the line and the technology, in particular the mutual inductance Lm, and the characteristics of the junction, ie the critical current Ic and the normal resistance Rn. In order not to overly complicate the drawing of FIG. 2, these well-known properties of the Josephson junction are shown only for the first junction JJ1.

図3に、ジョセフソン伝送線路タイプの超伝導回路を備えた本発明による位相低減装置の実際的な実施形態を示すが、この実施形態には、バイクリスタル基板における高Tc超伝導体の薄膜に基づいたプレーナ技術における複数のジョセフソン接合が含まれる。   FIG. 3 shows a practical embodiment of the phase reduction device according to the present invention having a Josephson transmission line type superconducting circuit. In this embodiment, a thin film of a high Tc superconductor on a bicrystal substrate is shown. Multiple Josephson junctions in the based planar technology are included.

典型的にはSrTiO3基板かまたはMgOもしくはYSZ基板である2つの基板1および2がともに接着されているが、これらの基板の結晶軸には、表面平面において角度差がある。典型的にはYBa2Cu3On(ここで6≦n≦7)形状の材料の膜である超伝導膜3が、バイクリスタル基板の接着線にまたがってバイクリスタルの表面平面に堆積され(エピタクシによって)、その結果、結晶粒界4が、超伝導膜の下で、ちょうど接着部に沿って成長し、電気障壁と等しくなる。その後、膜はラダーパターンにエッチングされ、ラダーの各段が、ジョセフソン接合に対応する。   Two substrates 1 and 2, which are typically SrTiO 3 substrates or MgO or YSZ substrates, are bonded together, but the crystal axes of these substrates have an angular difference in the surface plane. A superconducting film 3, typically a YBa 2 Cu 3 On (where 6 ≦ n ≦ 7) shaped film, is deposited (by epitaxy) on the surface plane of the bicrystal across the bond line of the bicrystal substrate. As a result, the grain boundary 4 grows just under the superconducting film along the bond and becomes equal to the electrical barrier. The film is then etched into a ladder pattern, and each step of the ladder corresponds to a Josephson junction.

この例において、段の幅wは約5ミクロン、段の長さlは約20ミクロン、そして2つの段間の間隔hは同じオーダ(20ミクロン)である。膜それ自体は、10分の数ミクロン(たとえば0.3μm)の厚さに対して、数ミクロンの幅がある。基板の厚さは、数百ミクロンであり、典型的には300〜1000μmである。   In this example, the step width w is about 5 microns, the step length l is about 20 microns, and the spacing h between the two steps is on the same order (20 microns). The membrane itself has a width of a few microns for a thickness of a few tenths of a micron (eg, 0.3 μm). The thickness of the substrate is several hundred microns, typically 300-1000 μm.

電流源(図示せず)は、例として取り上げる技術に関しては、典型的には100マイクロアンペアオーダのバイアス電流を、ジョセフソン接合のそれぞれに送出する。この例において、このバイアス電流は、超伝導膜3の部分3’に形成された2つの電流バイアス電極CとC’との間に印加される。この部分は、一連の接合を形成しているラダーの両側に配置されかつペアb1、b’1...b100、b’100で設けられた電流供給枝路によって、この電流をちょうど線路に沿って分配するように、(エッチングによって)形作られている。この例において、電流供給枝路b1およびその相補的な、接地線路側の枝路b’1が、これらの枝路の両側に位置する2つの接合JJ1およびJJ2に、バイアス電流をかける。200のジョセフソン接合を含む線路については、電流源は、線路に沿って分配される数十ミリアンペア(たとえば20mA)のオーダのバイアス電流を送出するように設計されている。   A current source (not shown) delivers a bias current typically on the order of 100 microamps to each of the Josephson junctions for the technique taken as an example. In this example, this bias current is applied between two current bias electrodes C and C ′ formed in the portion 3 ′ of the superconducting film 3. This part is arranged on both sides of the ladder forming a series of junctions and the pairs b1, b'1. . . The current supply branch provided at b100, b'100 is shaped (by etching) to distribute this current just along the line. In this example, the current supply branch b1 and its complementary, ground line side branch b'1 apply a bias current to the two junctions JJ1 and JJ2 located on both sides of these branches. For a line containing 200 Josephson junctions, the current source is designed to deliver a bias current on the order of tens of milliamps (eg, 20 mA) distributed along the line.

典型的には銅または金で作製される入力および出力信号電極A、M、B、M’は、膜の各端部、および結晶粒界4の両側に形成される。   Input and output signal electrodes A, M, B, M ′, typically made of copper or gold, are formed at each end of the film and on both sides of the grain boundaries 4.

たとえば、200の接合を含み、長さが約2ミリメートルで、125マイクロアンペアの臨海接合電流Icと、特性周波数fc(ここでfc=IcRn/φ0=125×10−6×2/2.07×10−15ウェーバ=116ギガヘルツ)を定義する2オームの常伝導抵抗Rnとを備えたジョセフソン伝送線路が、30ケルビン以下の高臨界温度と、各接合のための100マイクロアンペアバイアス電流(<Ic)とを備えたニオブ超伝導膜(0.1μm薄膜)に基づいた技術において定義される。約50〜100ギガヘルツの基本周波数f0(≧fc/3)で、かつ経時的に非常にオフセットのある(短期ノイズ)パルスを有するクロック信号が、入力としてこの線路に印加される場合、ホワイトノイズ/信号比が10分の1に低減された、すなわち約−130〜−140dBc(入力部の−115〜−120dBcでなく)の信号のSoutを出力として供給することが可能である。   For example, including 200 junctions, a length of about 2 millimeters, a seaside junction current Ic of 125 microamps, and a characteristic frequency fc (where fc = IcRn / φ0 = 125 × 10−6 × 2 / 2.07 × A Josephson transmission line with a normal resistance Rn of 2 ohms defining 10-15 Weber = 116 gigahertz is required for a high critical temperature of 30 Kelvin or less and a 100 microampere bias current (<Ic) for each junction. ) And a niobium superconducting film (0.1 μm thin film). When a clock signal with a fundamental frequency f0 (≧ fc / 3) of about 50-100 gigahertz and having a very offset (short term noise) pulse over time is applied to this line as input, white noise / It is possible to supply as output the Sout of the signal whose signal ratio has been reduced by a factor of ten, i.e. about -130 to -140 dBc (rather than -115 to -120 dBc at the input).

図4aは、入力として印加される電圧パルス信号Sinの影響の下に、このような線路で生成されるフラクソンの格子構造を概略的に示す。   FIG. 4a schematically shows the lattice structure of a fluxon generated in such a line under the influence of a voltage pulse signal Sin applied as input.

線路がチャンネル5として表示される場合には、信号Sinの電圧パルスは、クロック周波数f0で、このチャンネルの一端に注入される。フラクソンflx1、flx2...flxmが、チャンネル5で生成され、線路におけるフラクソンの伝播方向に対応する一次元格子に沿って空間的に構成される。   When the line is displayed as channel 5, the voltage pulse of signal Sin is injected into one end of this channel at clock frequency f0. Flaxons flx1, flx2,. . . flxm is generated in channel 5 and is spatially constructed along a one-dimensional lattice corresponding to the direction of fluxon propagation in the line.

伝送線路、すなわち大数の統計が当てはまるように多数の接合を含む線路(シフトレジスタなどの少数の接合だけを含むタイプの超伝導論理回路とは反対に)が用いられるので、入力信号の2つのパルス間の時間間隔の平均値に一致する平均値d0あたりにフラクソン間距離を平滑化することによって、空間の再分配効果が生ずる。言いかえれば、出力信号におけるパルス間の時間間隔値の標準偏差が低減される。より正確には、図4bに示すように、入力として印加された信号Sinの位相ノイズが、この信号において、分散された時間的な分配によって、明らかにされている。図4bに概略的に示すように、この信号によって生成されたフラクソンもまた、この線路において空間的に分散されている。線路の特性(fc)は、入力信号Sinによって生成されるフラクソン間の距離が、平均して線路の飽和値より小さくなるように選択されているので、最も近くの隣接フラクソン間には斥力相互作用がある。図において、これらの斥力は矢印によって示されている。この図に示されている例において、飽和値は22ピコ秒の時間差に相当すると仮定されている。したがって、フラクソン間距離がこの値より小さな時間差に相当するときはいつでも、相互の斥力は、その(flx1−flx2、flx2−flx3、flx4−flx5)効果を生ずる。この距離がより大きい場合には、(flx3−flx4)効果はない。実際には約20パルスに相当する過渡位相の後、フラクソンは、フラクソン間距離の平滑化された値あたりで、線路において空間的に再分配される。図4cに概略的に示す例において、この平滑化された値は、20ピコ秒の、出力信号Soutの2つのパルス間の時間差に相当する。   Since transmission lines, ie lines containing a large number of junctions (as opposed to superconducting logic circuits of the type including only a small number of junctions, such as shift registers) are used, two input signals are used. By smoothing the inter-Fluxon distance around an average value d0 that matches the average value of the time interval between pulses, a spatial redistribution effect is produced. In other words, the standard deviation of the time interval value between pulses in the output signal is reduced. More precisely, as shown in FIG. 4b, the phase noise of the signal Sin applied as input is revealed by a distributed temporal distribution in this signal. As schematically shown in FIG. 4b, the fluxon generated by this signal is also spatially distributed in this line. The line characteristic (fc) is selected so that the distance between fluxons generated by the input signal Sin is on average smaller than the saturation value of the line, so that there is a repulsive interaction between the nearest adjacent fluxons. There is. In the figure, these repulsive forces are indicated by arrows. In the example shown in this figure, the saturation value is assumed to correspond to a time difference of 22 picoseconds. Thus, whenever the fluxon distance corresponds to a time difference less than this value, the mutual repulsion produces its (flx1-flx2, flx2-flx3, flx4-flx5) effect. If this distance is larger, there is no (flx3-flx4) effect. In practice, after a transient phase corresponding to about 20 pulses, the fluxon is spatially redistributed in the line around the smoothed value of the inter-flaxon distance. In the example schematically shown in FIG. 4c, this smoothed value corresponds to a time difference between two pulses of the output signal Sout of 20 picoseconds.

このように、出力信号は、基本周波数f0における信号レベルと比較して、その電圧パルスがより均等に分配され、位相ノイズレベルの低減に相当する。実際上、図3に示すような伝送線路を用いて、N2/N1比(図1)における10分の1の低減が観察可能である。   In this way, the output signal is distributed more evenly than the signal level at the fundamental frequency f0, which corresponds to a reduction in the phase noise level. In practice, using a transmission line as shown in FIG. 3, a 1/10 reduction in the N2 / N1 ratio (FIG. 1) can be observed.

空間分離、およびしたがって相互作用は、信号周波数に対するフラクソン伝播速度の比率に依存する。フラクソン速度は、バイアス電流の修正により変更可能である。したがって、バイアス電流は、そのような必要がある場合には、入力信号の周波数に従って調節してもよい。   Spatial separation, and thus interaction, depends on the ratio of fluxon propagation speed to signal frequency. The fluxon speed can be changed by modifying the bias current. Thus, the bias current may be adjusted according to the frequency of the input signal if such a need is necessary.

図5aおよび5bに、超伝導ジョセフソン伝送線路回路に基づいた位相低減装置の代替の実施形態を示す。本実施形態において、超伝導回路には、2つのジョセフソン伝送線路が含まれる。さらに、基板1および基板1’が基板2の両側に接着され、トリクリスタル基板を形成する。超伝導膜がゾーン3aおよび3bに堆積され、その1つが各接着線上にあって、それぞれの結晶粒界4a、4bを成長させるようにする。これらの図において、線路に沿って分配された電流供給枝路は、膜に設けられている接触パッド6に一致するワイヤ、典型的には銅ワイヤである。   Figures 5a and 5b show an alternative embodiment of a phase reduction device based on a superconducting Josephson transmission line circuit. In the present embodiment, the superconducting circuit includes two Josephson transmission lines. Further, the substrate 1 and the substrate 1 ′ are bonded to both sides of the substrate 2 to form a tricrystal substrate. A superconducting film is deposited in zones 3a and 3b, one of which is on each bond line to grow the respective grain boundaries 4a, 4b. In these figures, the current supply branches distributed along the track are wires, typically copper wires, that coincide with the contact pads 6 provided on the membrane.

このような構成では、フラクソン間の相互作用現象に別の次元を加えることによって、線路における空間的再分配の有効性を改善することが可能になる。膜をゾーン3aおよび3bにギャップで離間して配置し、1つの膜におけるフラクソンともう一方の膜におけるフラクソンとの間の距離が飽和値より短くなるようにすることによって、同じ相互作用現象が観察される。言いかえれば、2つのジョセフソン伝送線路に基づいた超伝導回路に関して、回路で生成されるフラクソンは、二次元周期格子に沿って構成される。典型的には、上記の線路特性および周波数(f0)値の数値例のためには、数ミクロンのギャップが設けられなければならない。   In such a configuration, it is possible to improve the effectiveness of spatial redistribution in the line by adding another dimension to the interaction phenomenon between fluxons. The same interaction phenomenon is observed by placing the membranes in zones 3a and 3b separated by a gap so that the distance between the fluxon in one membrane and the fluxon in the other membrane is less than the saturation value. Is done. In other words, for a superconducting circuit based on two Josephson transmission lines, the fluxon generated in the circuit is constructed along a two-dimensional periodic grating. Typically, a gap of a few microns must be provided for the numerical examples of line characteristics and frequency (f0) values described above.

この効果を有効にするためには、典型的には三角形ベースに基づいた超伝導回路に関して、フラクソンの二次元周期格子の安定した(スタガー)構成のほうを選択する必要がある。さもなければ、斥力は、線路の伝播方向xかまたは反対方向に、ランダム効果を有する可能性がある。したがって、これは不安定な状況である。ジョセフソン伝送線路を形成している2つの膜が、xおよびyに沿って完全に整列されている図5aを参照すると、所望の格子が、第2の線路に入力として印加される信号をπだけ位相シフトすることによって得られる。図5bに示すように、二次元で三角形ベースの周期格子が得られる。次に、線路のフラクソンflxは、4つのフラクソン、すなわち同じ線路でこのフラクソンflxの両側の2つのフラクソンflx1およびflx2、ならびにもう一方の線路で、フラクソンflxを通過するこの線路の二等分線7の両側に位置する2つのフラクソンflx3およびflx4により、相互作用を受ける。   To make this effect effective, it is necessary to choose a stable (staggered) configuration of a fluxon two-dimensional periodic grating, typically for a superconducting circuit based on a triangle base. Otherwise, repulsion may have a random effect in the line propagation direction x or in the opposite direction. This is therefore an unstable situation. Referring to FIG. 5a, where the two membranes forming the Josephson transmission line are perfectly aligned along x and y, the desired grating applies the signal applied as input to the second line, π Only by phase shifting. As shown in FIG. 5b, a two-dimensional triangular-based periodic grating is obtained. Next, the fluxon flx of the line has four fluxons, that is, two fluxons flx1 and flx2 on either side of this fluxon flx on the same line, and a bisector 7 of this line passing through the fluxon flx on the other line. Are interacted by two fluxons flx3 and flx4 located on both sides of the.

図6aおよび6bに示すように、π位相シフトを、様々な方法で加えてもよい。   As shown in FIGS. 6a and 6b, the π phase shift may be applied in various ways.

図6aにおいて、π位相シフトが、入力信号Sinに加えられる。さらに、準周期的源100から来る信号が、出力として2つに分割されるように、回路101に印加されるのが好ましい。RSFQ論理においてもたらされるこのスプリッタ回路101の例が、実際的な例として、図に詳細に示されている。それは、同相の2つの信号を出力として送出する。   In FIG. 6a, a π phase shift is added to the input signal Sin. Furthermore, the signal coming from the quasi-periodic source 100 is preferably applied to the circuit 101 so that it is split in two as output. An example of this splitter circuit 101 resulting in RSFQ logic is shown in detail in the figure as a practical example. It sends two signals in phase as outputs.

図6bにおいて、π位相シフトが第1の線路の出力信号Sout、lに加えられ、この信号が第2の線路に注入される。この場合、第1の線路の始点におけるフラクソンは、この第1の線路の出力部で既に得られた空間的再分配から利益を得る−これは、正帰還効果である。さらに、相互接続線路102が、第1の線路からの出力信号を第2の線路の位相シフタのための入力として供給するために、設けられている。この線路は、典型的には、使用されているジョセフソン伝送線路と共存可能な材料を用いて、コプレーナ、ストリップまたはマイクロストリップタイプの技術で作製されるか、またはジョセフソン伝送線路であってもよい。   In FIG. 6b, a π phase shift is added to the output signal Sout, l of the first line, and this signal is injected into the second line. In this case, the fluxon at the beginning of the first line benefits from the spatial redistribution already obtained at the output of this first line-this is a positive feedback effect. Furthermore, an interconnect line 102 is provided for supplying the output signal from the first line as an input for the phase shifter of the second line. This line is typically made of coplanar, strip or microstrip type technology, using materials that are compatible with the Josephson transmission line used, or even a Josephson transmission line. Good.

2つのジョセフソン伝送線路は、基板上で正確には整列されない可能性があり、また相互接続線路102は、出力信号Sout、lおよびSout、2が完全にはπ位相シフトされないような遅延を持ち込む可能性がある。この場合、線路間の相互作用は、最適ではないかもしれない。有利なことに、1つまたは複数の接合のバイアス電流Ibは、フラクソン伝播速度を局所的に適応させるために、局所的に有利に修正可能である。この補正は、ちょうど線路に沿って電流が分配されているおかげで、電流供給枝路(図3)か電流供給ワイヤ(図5a)によって、容易に適用される。このように、接合のバイアス電流Ibを好ましく可変とするように備えがなされ、それを各接合または各接合グループのために調節することができる。   The two Josephson transmission lines may not be accurately aligned on the substrate, and the interconnect line 102 introduces a delay such that the output signals Sout, l and Sout, 2 are not completely π phase shifted. there is a possibility. In this case, the interaction between the lines may not be optimal. Advantageously, the bias current Ib of one or more junctions can be advantageously modified locally in order to adapt the fluxon propagation velocity locally. This correction is easily applied by the current supply branch (FIG. 3) or the current supply wire (FIG. 5a) just because the current is distributed along the line. In this way, provision is made to make the bias current Ib of the junction preferably variable, which can be adjusted for each junction or group of junctions.

また、基板の表面平面に、2を越える伝送線路を並列に設けることも可能である。図6cに、3つのジョセフソン伝送線路を含む回路の例を示す。正の線路間相互作用効果には線路の伝播方向xに沿ったフラクソンの変位が好ましいが、その効果を得るために、入力信号Sinを入力として受信する中央線路Li1、および(図6aに)示すような入力信号Sinかまたは第1の線路の出力信号Sout、1(図6b)でもよい、入力としてのπ位相シフトされた信号を受信する、中央線路の両側における2つの線路Li2およびLi3が、設けられている。再び、フラクソンは二次元周期格子に沿って構成されるが、しかしこの格子の線路の数は増加されている。このように、中央線路Li1のフラクソンは、それ自身の線路からの相互作用、および他の2つの線路による相互作用、すなわち、各フラクソンに関して、線路当り2つで、6つの最も近くに隣接したフラクソンによる最大6つの相互作用を受ける。   It is also possible to provide more than two transmission lines in parallel on the surface plane of the substrate. FIG. 6c shows an example of a circuit including three Josephson transmission lines. For the positive line-to-line interaction effect, the displacement of the fluxon along the line propagation direction x is preferred, but in order to obtain the effect, the central line Li1 that receives the input signal Sin as input, and (shown in FIG. 6a) The two lines Li2 and Li3 on either side of the central line receiving the π phase shifted signal as input, which may be the input signal Sin or the first line output signal Sout, 1 (FIG. 6b), Is provided. Again, the fluxon is constructed along a two-dimensional periodic grating, but the number of lines in this grating is increased. Thus, the fluxon of the central line Li1 is the interaction from its own line and the interaction by the other two lines, ie for each fluxon, two per line, six nearest neighbors. Receive up to 6 interactions.

線路の数を並列に増加することによって、相互作用の数が増加される。3線路の例(図6c)において、中央線路Li1は、その両側に位置する2つの線路Li2およびLi3による相互作用から利益を得るが、線路Li2およびLi3は、それぞれ、線路Li1による相互作用からのみ利益を得る。   By increasing the number of lines in parallel, the number of interactions is increased. In the three-line example (FIG. 6c), the central line Li1 benefits from the interaction by the two lines Li2 and Li3 located on both sides of the center line Li1, but the lines Li2 and Li3, respectively, only from the interaction by the line Li1. Profit.

多くの線路を選択することは、適用例において容認できる装置の設計に依存する。並列なn線路の場合には、このように形成される二次元格子における相互作用の追加的次元と結合した、再分配の遡及効果により、さらに各線路はより短く、すなわち接合の数がより少なくてもよいことに注目すべきである。設計は、フラクソン間距離を平滑化することの所望の効果を生ずるために、大数の統計が適用できるような方法で評価される。   Selecting many lines depends on the design of the device that is acceptable in the application. In the case of parallel n-lines, each line is shorter, i.e. fewer junctions, due to the retroactive effect of redistribution combined with the additional dimension of interaction in the two-dimensional lattice thus formed. It should be noted that it may be. The design is evaluated in such a way that a large number of statistics can be applied to produce the desired effect of smoothing the fluxon distance.

一般に、並列なn線路の場合には、信号は交互に、すなわち、一線路へ入力信号を、次に(位相シフタ回路―図6aにより)隣の線路へ位相シフトされた入力信号をというように、印加される。たとえば、偶数次の線路が入力信号(Sin)を受信し、奇数次の線路が位相シフトされた入力信号を受信する。装置の出力信号は、線路の1つから出力として送出される。   In general, in the case of parallel n-lines, the signals are alternating, ie the input signal to one line, then the input signal phase-shifted to the next line (by phase shifter circuit—FIG. 6a) and so on. Applied. For example, an even-order line receives an input signal (Sin), and an odd-order line receives an input signal that is phase-shifted. The output signal of the device is sent as output from one of the lines.

図7に、周波数二倍器回路において用いられる位相ノイズ低減装置の例を示す。この例において、回路には、並列な2つの線路が含まれ、第1の線路は入力信号Sinを受信し、もう一方の線路は、位相シフトされた入力信号を受信する。第1の線路は、出力として信号Sout、1を送出し、もう一方の線路は、出力として信号Sout、2を送出する。   FIG. 7 shows an example of a phase noise reduction device used in the frequency doubler circuit. In this example, the circuit includes two lines in parallel, the first line receives the input signal Sin, and the other line receives the phase-shifted input signal. The first line sends signals Sout, 1 as output, and the other line sends signals Sout, 2 as output.

2つの線路は、線路のフラクソンが互いに相互作用し、短期位相ノイズを低減するような方法で配置される。このように出力として得られた2つの出力信号Sout、1およびSout、2が、入力としてRSFQ(結合器)論理回路に印加され、この論理回路が、位相ノイズが低くて、入力信号Sinの周波数の二倍の周波数を有する信号S(2f0)を出力として送出する。   The two lines are arranged in such a way that the line fluxons interact with each other to reduce short-term phase noise. The two output signals Sout, 1 and Sout, 2 obtained as outputs in this way are applied as inputs to an RSFQ (coupler) logic circuit, which has low phase noise and the frequency of the input signal Sin. A signal S (2f0) having a frequency twice as high is sent as an output.

このように、本発明による位相ノイズ低減装置は、このタイプの回路カスケーディングによって、周波数二倍器回路において、より一般的には、周波数逓倍器回路において有利に使用し、さらに一方で非常に低い位相ノイズのバックグラウンドを維持することが可能である。   Thus, the phase noise reduction device according to the invention advantageously uses this type of circuit cascading in frequency doubler circuits, more generally in frequency multiplier circuits, yet very low It is possible to maintain a background of phase noise.

図8aに、ジョセフソン伝送線路の一実施形態の別の例を示すが、この例は、ちょうど説明した本発明による位相低減装置の全ての代替実施形態で用いることができる。図8bは、単一線路、またはさらに垂直に積み重ねられた複数の線路からなる構造で用いてもよい。これらの2つの図8aおよび8bにおいて、線路は、SNS(超伝導体/常伝導または絶縁材料/−超伝導体を表わしている)多層技術であるランプエッジ接合技術で作製される。常伝導または絶縁材料は、たとえば非超伝導体であるPrBaCuOであるが、この材料は、超伝導体の格子セル特性と共存可能な、YBaCuOと類似した構造を有している。基板上にあって、櫛形状には、超伝導ベース電極に堆積された常伝導または絶縁材料のヘテロ構造(8)に堆積された第1の超伝導膜9(薄膜)が含まれ、このヘテロ構造は、図で灰色に示されている。櫛の歯は、基板へ向かって減少するランプ形状をしている。櫛の形状をした絶縁体の薄層および第2の超伝導膜10が基板に堆積され、この櫛の歯の端部が、第1の櫛の超伝導膜の歯の端部の上に存在する。したがって、接合JJ1、JJ2、...、等は、2つの超伝導体膜9と10との間で、常伝導または絶縁材料の層8が薄くなる箇所で、平面に形成される。   FIG. 8a shows another example of one embodiment of a Josephson transmission line, which can be used in all alternative embodiments of the phase reduction device according to the invention just described. FIG. 8b may be used in a single line or a structure consisting of multiple lines stacked vertically. In these two FIGS. 8a and 8b, the lines are made with lamp edge bonding technology, which is a SNS (representing superconductor / normal or insulating material / -superconductor) multilayer technology. The normal or insulating material is, for example, PrBaCuO, which is a non-superconductor, but this material has a similar structure to YBaCuO that can coexist with the lattice cell properties of the superconductor. The comb shape on the substrate includes a first superconducting film 9 (thin film) deposited on a heterostructure (8) of normal or insulating material deposited on a superconducting base electrode. The structure is shown in gray in the figure. The comb teeth have a ramp shape that decreases toward the substrate. A thin layer of insulator in the shape of a comb and a second superconducting film 10 are deposited on the substrate, the ends of the teeth of the comb being on the ends of the teeth of the superconducting film of the first comb To do. Therefore, the junctions JJ1, JJ2,. . . , Etc. are formed in a plane between the two superconductor films 9 and 10 where the normal or insulating material layer 8 is thinned.

図8bは、第2の超伝導体膜10が第1の膜9の上に「折り畳まれ」ている、図8aの変形であり、これによって、相当な領域量の節約が可能となる。   FIG. 8 b is a variation of FIG. 8 a where the second superconductor film 10 is “folded” on the first film 9, which allows a considerable amount of area savings.

図9aに、電圧パルス伝送線路に基づいた超伝導回路からなる位相ノイズ低減装置の別の実施形態を示す。本実施形態において、伝送線路は、長いジョセフソン接合によって作製される。このような接合は、好ましくは低Tc超伝導体に基づいて、SIS三層技術で典型的に得られる。すなわち、常伝導(または絶縁)材料(たとえばAl2O3)の薄膜20が、超伝導体(たとえばニオブ)の2つの層21と22との間に障壁を形成する。長いジョセフソン接合の臨界電流Icより小さなバイアス電流iが、2つの超伝導体層21と22との間に印加される。線路の入力部にパルスを印加すると、常伝導材料の層に渦糸(ジョセフソン渦糸)磁束が生成され、これが、線路のバイアス(直流)電流の影響(ローレンツ力)の下で、出力部へ伝播する。各渦糸に関連する磁束量子は、φ0に等しい。同じ斥力相互作用効果が、クロック信号Sinの影響の下で生成された渦糸磁束に当てはまるが、これらの渦糸磁束は、一次元周期格子として線路で構成され、線路の伝播方向xに沿って伝播する。   FIG. 9a shows another embodiment of a phase noise reduction device consisting of a superconducting circuit based on a voltage pulse transmission line. In this embodiment, the transmission line is produced by a long Josephson junction. Such a junction is typically obtained with SIS three-layer technology, preferably based on low Tc superconductors. That is, the thin film 20 of normal (or insulating) material (eg, Al 2 O 3) forms a barrier between the two layers 21 and 22 of superconductor (eg, niobium). A bias current i smaller than the critical current Ic of the long Josephson junction is applied between the two superconductor layers 21 and 22. When a pulse is applied to the input section of the line, a vortex (Josephson vortex) magnetic flux is generated in the normal material layer, which is output under the influence of the bias (direct current) current (Lorentz force) of the line. Propagate to. The flux quantum associated with each vortex is equal to φ0. The same repulsive interaction effect applies to the vortex flux generated under the influence of the clock signal Sin, but these vortex fluxes are composed of the line as a one-dimensional periodic lattice, along the propagation direction x of the line. Propagate.

典型的な実施形態において、このような線路の長さは、約100ナノメートルである。   In an exemplary embodiment, the length of such a line is about 100 nanometers.

これらの線路のいくつかを、図9bに示すように垂直に積み重ねて、並列に配置し、前述に見られたのと同じ有利な効果を得るようにしてもよいが、これは、実現可能であっても、より扱いにくい。   Some of these lines may be stacked vertically as shown in FIG. 9b and placed in parallel to achieve the same advantageous effect seen above, but this is feasible. Even if it is, it is more difficult to handle.

電流は、図9bに示すように線路に沿って分配するのが好ましい。バイアス電流のレベルは、入力信号の周波数に従って調節してもよい。   The current is preferably distributed along the line as shown in FIG. 9b. The level of the bias current may be adjusted according to the frequency of the input signal.

本発明による位相ノイズ低減装置の別の実施形態が、図10aおよび10bにおいて示されているが、この実施形態は、アクティブなアブリコソフ渦糸磁束フロー伝送線路に基づいた第2種超伝導体回路に相当する。アブリコソフ渦糸磁束原理は簡単に言えば次の通りである。すなわち、増加する磁界がある状態において、超伝導体は、常伝導体/超伝導体ハイブリッド状態に切り替わる。磁界をシールドする傾向がある電流が、超伝導体の表面に生成される。超伝導体に入る磁束は、半径が数十オングストロームの円盤の表面に一緒にグループ化された力線の形状をしている。磁束の回りを循環する磁界シールド電流によって囲まれたこの小さなゾーンに含まれる磁束は、磁束量子φ0に等しい。これらの渦糸磁束は、図11に示すように、三角形ベースの周期格子として表面に構成される。適切な方向に向けられた直流電流を注入することによって、この渦糸磁束格子は、電流と直角な方向に沿って、平行移動で伝播する(ローレンツ力)。   Another embodiment of a phase noise reduction device according to the present invention is shown in FIGS. 10a and 10b, but this embodiment is based on a type II superconductor circuit based on an active Abrycosov vortex flux flow transmission line. Equivalent to. The Abrikosov vortex magnetic flux principle is simply as follows. That is, in the presence of an increasing magnetic field, the superconductor switches to the normal conductor / superconductor hybrid state. A current is generated on the surface of the superconductor that tends to shield the magnetic field. The magnetic flux entering the superconductor is in the form of field lines grouped together on the surface of a disk with a radius of tens of angstroms. The magnetic flux contained in this small zone surrounded by the magnetic field shield current circulating around the magnetic flux is equal to the flux quantum φ0. As shown in FIG. 11, these vortex magnetic fluxes are formed on the surface as a triangular base periodic grating. By injecting a direct current directed in the proper direction, this vortex flux grid propagates in translation along the direction perpendicular to the current (Lorentz force).

このような伝送線路の1つの利点として、渦糸磁束が、三角形ベースの二次元周期格子として「自然に」構成される。   One advantage of such a transmission line is that the vortex flux is “naturally” configured as a triangle-based two-dimensional periodic grating.

装置に適切にバイアス電流をかけることによって、入力としての電磁気信号の印加により渦糸磁束格子が生成され、この信号が、この格子構造に沿って線路Lv(図11)を移動する。出力部において、受信装置(任意の整合された負荷)が、関連する電圧パルスを受信する。   By appropriately applying a bias current to the device, application of an electromagnetic signal as an input creates a vortex flux grid that travels along the line Lv (FIG. 11) along this grid structure. At the output, the receiving device (any matched load) receives the associated voltage pulse.

さらに、たとえばNdBa2Cu3O7などの用いられる超伝導材料において、一対の平面が並列に配置される場合には、この構成は理にかなったものとなる。すなわち線路Lvは、2つの平面に相当する。本発明によると、アクティブ超伝導体回路には、たとえばSrTiO3基板などの基板12に堆積された(エピタクシによって)YBa2Cu3O7またはNdBa2Cu3O7などの第2種超伝導体膜(薄層)13が含まれる(図10a、10b)。スロット14が、スロットの両側の、膜の2つの部分13aと13bとの間に超伝導膜のマイクロブリッジ15だけを残して、膜の幅全体にわたって作られる。このマイクロブリッジの高さは、膜の厚さと等しいかまたはそれより低い。この例において、このマイクロブリッジは、高さeが約0.1ミクロン、スロットの方向に沿ったマイクロブリッジ長さLが100ミクロン未満、またスロットの幅でもある幅Wが100ミクロンを超えている。   Furthermore, in a superconducting material used, such as NdBa2Cu3O7, this configuration makes sense if a pair of planes are arranged in parallel. That is, the line Lv corresponds to two planes. According to the present invention, the active superconductor circuit includes a second type superconductor film (thin layer) 13 such as YBa2Cu3O7 or NdBa2Cu3O7 deposited (by epitaxy) on a substrate 12 such as a SrTiO3 substrate (FIG. 10a, 10b). A slot 14 is created across the width of the membrane leaving only the superconducting membrane microbridge 15 between the two portions 13a and 13b of the membrane on either side of the slot. The height of this microbridge is equal to or less than the thickness of the membrane. In this example, the microbridge has a height e of approximately 0.1 microns, a microbridge length L along the slot direction of less than 100 microns, and a width W that is also the width of the slot is greater than 100 microns. .

およそ数ミリアンペアの直流電流iを印加するために、2つのバイアス電極16および17が、膜の各端部に設けられている。2つの入力信号電極18および19が、スロットの両側における、膜の各部分13a、13bにおいて、スロットの一端部に設けられている。これは、交流入力信号Sinを印加して、この入力信号が、マイクロブリッジの入力部で周期的に、臨界磁界より大きな局所的磁界Beを課すようにし、この信号の周期で渦糸vを生成するためである。入力信号は電圧パルス信号であってもよい。また、正弦波タイプの交流信号を印加することも可能である。実際には、クロック信号源(図示せず)は、マイクロブリッジのインピーダンス(数十オーム)に対して、インピーダンス整合されている。   Two bias electrodes 16 and 17 are provided at each end of the membrane to apply a DC current i of approximately a few milliamps. Two input signal electrodes 18 and 19 are provided at one end of the slot at each membrane portion 13a, 13b on either side of the slot. This is because an AC input signal Sin is applied so that the input signal periodically imposes a local magnetic field Be larger than the critical magnetic field at the input portion of the microbridge, and a vortex v is generated at the period of this signal. It is to do. The input signal may be a voltage pulse signal. It is also possible to apply a sinusoidal AC signal. In practice, the clock signal source (not shown) is impedance matched to the impedance (several tens of ohms) of the microbridge.

渦糸のインライン伝送(図11)に対応する電圧パルスを入力として受信するために、2つの出力信号電極20および21が、スロットの両側における、膜の各部分13a、13bにおいて、スロットのもう一方の端部に設けられている。   In order to receive as input the voltage pulses corresponding to the in-line transmission of the vortex (FIG. 11), the two output signal electrodes 20 and 21 are connected to the other side of the slot at each part 13a, 13b of the membrane on both sides of the slot. Is provided at the end.

実際には、各電圧パルス(または交流信号の各正のピーク電圧)が、マイクロブリッジの入力として、超伝導膜の臨界磁界を越える局所的磁界Beを通過し、渦糸の集団を核状にする。適切な方向に沿って直角に印加される直流電流i(ローレンツ力)が、渦糸を移動させる。   In practice, each voltage pulse (or each positive peak voltage of the AC signal) passes as a microbridge input through a local magnetic field Be that exceeds the critical field of the superconducting film, causing the vortex group to nucleate. To do. A direct current i (Lorentz force) applied at right angles along the appropriate direction moves the vortex.

渦糸は、入力として印加されるクロック信号で磁界を調整することにより生成される。回路に適切なバイアスをかけることにより、渦糸を所望の方向に沿って、装置の出力部Soutの方へ伝播させる。   A vortex is generated by adjusting the magnetic field with a clock signal applied as an input. By applying an appropriate bias to the circuit, the vortex is propagated along the desired direction towards the output Sout of the device.

所望の方向における渦糸の変位をさらに促進するために、たとえば約20ミリテスラで、適切な向きの低直流磁界Bに装置を配置し、たとえば回路の両側に一ペアのヘルムホルツコイルを置くことにより、渦糸を同じ方向に向けるようにすることが可能である。   To further promote the displacement of the vortex in the desired direction, place the device in a low direct current magnetic field B in an appropriate orientation, for example at about 20 millitesla, for example by placing a pair of Helmholtz coils on both sides of the circuit, It is possible to direct the vortex in the same direction.

このような超伝導回路を上記に示す周波数二倍器段階で、そして位相シフタ回路に関連する別の類似の回路を周波数逓倍装置において、有利に用いてもよい。   Such a superconducting circuit may be advantageously used in the frequency doubler stage shown above and another similar circuit associated with the phase shifter circuit in the frequency multiplier.

このように、本実施形態において、伝送線路には、結晶基板に堆積された、ハイブリッド状態の第2種超伝導体の膜が含まれる。膜は、その端部においてバイアス電流をかけられ、マイクロブリッジの箇所を除いて、幅方向にスロットを含み、そしてこのスロットが、膜を2つの部分に分離する。準周期的信号が、膜の2つの部分の間で、スロットの一端部に印加され、出力信号が、膜の2つの部分の間で、スロットのもう1つの端部で得られる。   As described above, in the present embodiment, the transmission line includes the hybrid type second-type superconductor film deposited on the crystal substrate. The membrane is biased at its ends and includes a slot in the width direction, except at the microbridge, and this slot separates the membrane into two parts. A quasi-periodic signal is applied to one end of the slot between the two portions of the membrane and an output signal is obtained at the other end of the slot between the two portions of the membrane.

有利なことに、このような超伝導体装置は、スロットの表面平面に直角方向の直流磁界に浸される。   Advantageously, such a superconductor device is immersed in a DC magnetic field perpendicular to the surface plane of the slot.

このように、たった今説明した本発明は、生成される磁束量子(フラクソン、渦糸)格子の周期的な構造、およびこれらの磁束量子の斥力相互作用特性(これらは磁気双極子にたとえることができる)を用いて、準周期的源から来る信号の位相ノイズを低減するようにする。本発明によるこの装置を有利に用いて、位相ノイズの悪化なしに、多重周波数信号を送出する。   Thus, the invention just described describes the periodic structure of the generated flux quanta (fluxons, vortex) lattices and the repulsive interaction properties of these flux quanta (these can be compared to magnetic dipoles). ) To reduce the phase noise of the signal coming from the quasi-periodic source. This device according to the invention is advantageously used to deliver multi-frequency signals without any deterioration of phase noise.

本発明は、高速電子システムにおいて、高周波および超高周波分野に特に適用される。このような装置は、特にRSFQ論理回路において用いてもよい。   The present invention is particularly applicable to high frequency and ultra high frequency fields in high speed electronic systems. Such a device may be used in particular in RSFQ logic circuits.

既に説明したように、準周期的源から来る信号のスペクトル密度A(Sin)を示す。As already explained, the spectral density A (Sin) of the signal coming from the quasi-periodic source is shown. 複数のジョセフソン接合を含むジョセフソン伝送線路に基づいた、本発明による位相低減装置の回路図を示す。1 shows a circuit diagram of a phase reduction device according to the invention based on a Josephson transmission line including a plurality of Josephson junctions. FIG. バイクリスタルマルチ接合技術における、このような線路の実施形態の第1の例を示す。A first example of such a line embodiment in a bicrystal multi-junction technique is shown. ジョセフソン伝送線路において、パルスクロック信号によって生成されるフラクソンの周期格子を概略的に示し、このような線路における電圧パルスの時間的な再分配現象を示す。In the Josephson transmission line, the periodic grating of the fluxon generated by the pulse clock signal is schematically shown, and the temporal redistribution phenomenon of the voltage pulse in such a line is shown. 同じ表面平面において並列に配置された2つのジョセフソン伝送線路を含む位相低減装置の実施形態の別の例を示し、対応するフラクソンの周期格子のイラストである。FIG. 5 shows another example of an embodiment of a phase reduction device that includes two Josephson transmission lines arranged in parallel in the same surface plane, and is a corresponding illustration of a fluxon periodic grating. 補正の有効性を改善するために、位相低減装置において、並列な2つのジョセフソン伝送線路を用いる2つの代替方法を概略的に示し、対応するフラクソンの周期格子のイラストと共に、並列なn=3ジョセフソン伝送線路を備えた、前述の図の代替である。In order to improve the effectiveness of the correction, two alternative ways of using two Josephson transmission lines in parallel in the phase reduction device are schematically shown, with n = 3 in parallel, along with a corresponding illustration of the fluxon periodic grating. It is an alternative to the previous figure with a Josephson transmission line. 周波数二倍化回路において位相ノイズ低減装置を用いる例を示す。An example in which a phase noise reduction device is used in a frequency doubling circuit is shown. ランプエッジ接合技術で作製されたジョセフソン伝送線路に基づいた位相低減装置の別の例を示す。Another example of a phase reduction device based on a Josephson transmission line made with lamp edge bonding technology is shown. 長いジョセフソン接合伝送線路に基づいた位相ノイズ低減装置の2つの実施形態を示す。2 shows two embodiments of a phase noise reduction device based on a long Josephson junction transmission line. 渦糸磁束、スロットまたはマイクロブリッジ線路に基づいた位相ノイズ低減装置を示す。1 shows a phase noise reduction device based on vortex flux, slot or microbridge line. このような線路で生成される渦糸の周期格子のイラストである。It is an illustration of a periodic lattice of vortex yarn generated in such a line.

Claims (19)

基本周波数f0の準周期的源から来る信号(Sin)の位相ノイズを低減するための装置であって、
前記装置が、粒子を移動することによってパルスを伝送するための物理システムを含み、前記物理システムが、前記特性周波数に依存する下限を備えた、前記装置の動作周波数範囲を定義する特性周波数fcを有するように定義され、その方法として、入力として印加される前記準周期的信号(Sin)に関して、前記粒子が相互の斥力相互作用を有し、前記システムが、基本周波数f0におけるパルスを出力として送出するようにする
ことを特徴とする装置。
A device for reducing the phase noise of a signal (Sin) coming from a quasi-periodic source of fundamental frequency f0,
The apparatus includes a physical system for transmitting pulses by moving particles, the physical system defining a characteristic frequency fc that defines an operating frequency range of the apparatus with a lower limit that depends on the characteristic frequency. The method is such that the particles have a mutual repulsive interaction with respect to the quasi-periodic signal (Sin) applied as input, and the system delivers a pulse at the fundamental frequency f0 as output. A device characterized by that.
基本周波数f0の準周期的源から来る信号(Sin)の位相ノイズを低減するための、請求項1に記載の装置であって、
前記装置が、磁束量子φ0を移動することによって電圧パルスを伝送するためのアクティブ線路を備えた超伝導回路を含み、前記回路が、0.3fcが入力として印加される前記準周期的信号(Sin)の前記基本周波数f0以下となるような特性周波数fcを有するように定義され、かつ基本周波数f0の電圧パルス信号を出力として送出する
ことを特徴とする装置。
An apparatus according to claim 1 for reducing phase noise of a signal (Sin) coming from a quasi-periodic source of fundamental frequency f0,
The device comprises a superconducting circuit with an active line for transmitting voltage pulses by moving the flux quantum φ0, the circuit comprising the quasi-periodic signal (Sin) with 0.3 fc applied as input And a voltage pulse signal having a fundamental frequency f0 that is defined to have a characteristic frequency fc that is equal to or lower than the fundamental frequency f0.
少なくとも2つの超伝導回路、すなわち前記回路のうちの1つの入力または出力をπ位相シフトするための回路と、周波数逓倍回路において周波数二倍化段階をもたらすための結合器回路とを含む
ことを特徴とする請求項1または2記載の位相ノイズ低減装置。
At least two superconducting circuits, i.e., a circuit for pi-phase-shifting the input or output of one of said circuits, and a combiner circuit for providing a frequency doubling stage in the frequency multiplication circuit. The phase noise reduction device according to claim 1 or 2.
前記超伝導回路が、前記特性周波数で幾何学的に定義されるジョセフソン伝送線路を含む
ことを特徴とする請求項2または3に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to claim 2 or 3, wherein the superconducting circuit includes a Josephson transmission line that is geometrically defined by the characteristic frequency.
前記ジョセフソン伝送線路が長いジョセフソン接合である
ことを特徴とする請求項4に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to claim 4, wherein the Josephson transmission line is a long Josephson junction.
前記伝送線路が、複数の並列に分岐されたジョセフソン接合を含むことを特徴とする、請求項4に記載の位相ノイズ低減装置。   The phase noise reduction device according to claim 4, wherein the transmission line includes a plurality of Josephson junctions branched in parallel. 各ジョセフソン伝送線路が、バイクリスタル接合を備えた線路を含むタイプである
ことを特徴とする請求項6に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to claim 6, wherein each Josephson transmission line includes a line having a bicrystal junction.
各ジョセフソン伝送線路が、ランプエッジ接合を備えた線路を含むタイプであることを特徴とする、請求項6に記載の位相ノイズ低減装置。   The phase noise reduction device according to claim 6, wherein each Josephson transmission line is of a type including a line having a ramp edge junction. 前記超伝導回路が、並列に配置されたいくつかのジョセフソン伝送線路を含む
ことを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to any one of claims 5 to 8, wherein the superconducting circuit includes a number of Josephson transmission lines arranged in parallel.
少なくとも1つの伝送線路の入力部にπ位相シフト回路を含み、位相シフトされた信号を前記線路に印加する
ことを特徴とする請求項9に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to claim 9, further comprising a π phase shift circuit at an input unit of at least one transmission line, and applying a phase-shifted signal to the line.
前記位相シフト回路が、前記装置の前記入力信号(Sin)を入力として受信する
ことを特徴とする請求項10に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to claim 10, wherein the phase shift circuit receives the input signal (Sin) of the device as an input.
前記位相シフト回路が、線路からの出力信号を入力として受信する
ことを特徴とする請求項10に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to claim 10, wherein the phase shift circuit receives an output signal from a line as an input.
前記超伝導回路が、基板の同じ表面平面に、列1〜nのnジョセフソン伝送線路を含んで、nが2以上の整数であり、
前記入力信号および前記位相シフトされた入力信号のうちの一信号が偶数列の線路に印加され、もう一方の信号が奇数列の線路に印加されて、前記出力信号が、前記n線路のうちの1つの出力として送出される
ことを特徴とする請求項11に記載の位相ノイズ低減装置。
The superconducting circuit includes n Josephson transmission lines in rows 1 to n on the same surface plane of the substrate, and n is an integer of 2 or more;
One of the input signal and the phase-shifted input signal is applied to an even-numbered line, the other signal is applied to an odd-numbered line, and the output signal is The phase noise reduction device according to claim 11, wherein the phase noise reduction device is sent as one output.
電流を供給するために複数の枝路を含む電流バイアス手段を含んで、この電流を各ジョセフソン伝送線路に沿って分配するようにする
ことを特徴とする請求項5乃至13のいずれか一項に記載の位相ノイズ低減装置。
14. A current biasing means including a plurality of branches for supplying current, the current being distributed along each Josephson transmission line. The phase noise reduction device according to 1.
前記入力信号の周波数に従って、前記バイアス電流の強度を調節するための手段を含む
ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to any one of claims 1 to 14, further comprising means for adjusting an intensity of the bias current according to a frequency of the input signal.
前記超伝導回路が渦糸磁束フロー電圧パルス伝送線路を含む
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to any one of claims 2 to 4, wherein the superconducting circuit includes a vortex magnetic flux flow voltage pulse transmission line.
前記伝送線路が、結晶基板に堆積された、ハイブリッド状態の第2種超伝導膜を含み、前記膜が、その端部でバイアス電流をかけられ、かつマイクロブリッジの箇所を除いて幅方向にスロットを含み、前記スロットが、前記膜を2つの部分に分離することを特徴し、そして前記準周期的信号が、前記膜の前記2つの部分間において前記スロットの一端部に印加され、前記出力信号が、前記膜の前記2つの部分間において前記スロットのもう一方の端部で得られる
ことを特徴とする請求項16に記載の位相ノイズ低減装置。
The transmission line includes a hybrid type II superconducting film deposited on a crystal substrate, and the film is biased at an end thereof and is slotted in the width direction except for a microbridge. Wherein the slot separates the membrane into two parts, and the quasi-periodic signal is applied to one end of the slot between the two parts of the membrane, and the output signal The phase noise reduction device according to claim 16, characterized in that is obtained at the other end of the slot between the two parts of the membrane.
前記超伝導装置が、前記スロットの表面平面に垂直な向きの直流磁界に浸される
ことを特徴とする請求項16または17に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to claim 16 or 17, wherein the superconducting device is immersed in a DC magnetic field oriented in a direction perpendicular to a surface plane of the slot.
前記1つ以上の超伝導回路が、高臨界温度超伝導体を用いる
ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか一項に記載の位相ノイズ低減装置。
The phase noise reduction device according to any one of claims 1 to 18, wherein the one or more superconducting circuits use a high critical temperature superconductor.
JP2004551040A 2002-11-12 2003-11-07 Phase noise reduction device Pending JP2006506010A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0214124A FR2847078B1 (en) 2002-11-12 2002-11-12 DEVICE FOR REDUCING PHASE NOISE
PCT/EP2003/050801 WO2004045063A1 (en) 2002-11-12 2003-11-07 Device for reducing phase noise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006506010A true JP2006506010A (en) 2006-02-16

Family

ID=32116551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004551040A Pending JP2006506010A (en) 2002-11-12 2003-11-07 Phase noise reduction device

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20060049891A1 (en)
EP (1) EP1561277A1 (en)
JP (1) JP2006506010A (en)
FR (1) FR2847078B1 (en)
WO (1) WO2004045063A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007074120A (en) * 2005-09-05 2007-03-22 Fujitsu Ltd Superconducting circuit
JP2022521734A (en) * 2019-03-01 2022-04-12 ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション Josephson analog-to-digital converter system

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7126874B2 (en) 2004-08-31 2006-10-24 Micron Technology, Inc. Memory system and method for strobing data, command and address signals
US8571614B1 (en) 2009-10-12 2013-10-29 Hypres, Inc. Low-power biasing networks for superconducting integrated circuits
US10222416B1 (en) 2015-04-14 2019-03-05 Hypres, Inc. System and method for array diagnostics in superconducting integrated circuit
US10587245B1 (en) 2018-11-13 2020-03-10 Northrop Grumman Systems Corporation Superconducting transmission line driver system
US11545288B2 (en) 2020-04-15 2023-01-03 Northrop Grumman Systems Corporation Superconducting current control system
US11757467B2 (en) 2021-08-13 2023-09-12 Northrop Grumman Systems Corporation Circuits for converting SFQ-based RZ and NRZ signaling to bilevel voltage NRZ signaling

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191236A (en) * 1990-07-16 1993-03-02 Hewlett-Packard Company System and circuits using josephson junctions
US5963351A (en) * 1996-08-23 1999-10-05 Conductus, Inc. Digital optical receiver with instantaneous Josephson clock recovery circuit
US5942997A (en) * 1997-08-29 1999-08-24 Trw Inc. Correlated superconductor single flux quantum analog-to-digital converter
US6331805B1 (en) * 2000-01-06 2001-12-18 Hypres, Inc. On-chip long Josephson junction (LJJ) clock technology
US7088188B2 (en) * 2001-02-13 2006-08-08 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Differential oscillator
US6750794B1 (en) * 2003-05-05 2004-06-15 Northrop Grumman Corporation Application of single flux quantum pulse interaction to the simultaneous sampling in-phase and quadrature analog-to-digital converter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007074120A (en) * 2005-09-05 2007-03-22 Fujitsu Ltd Superconducting circuit
JP4499002B2 (en) * 2005-09-05 2010-07-07 富士通株式会社 Superconducting circuit
JP2022521734A (en) * 2019-03-01 2022-04-12 ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション Josephson analog-to-digital converter system
JP7248811B2 (en) 2019-03-01 2023-03-29 ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション Josephson analog-to-digital converter system

Also Published As

Publication number Publication date
FR2847078B1 (en) 2005-02-18
EP1561277A1 (en) 2005-08-10
FR2847078A1 (en) 2004-05-14
US20060049891A1 (en) 2006-03-09
WO2004045063A1 (en) 2004-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8330145B2 (en) Superconducting junction element and superconducting junction circuit
WO2019168721A1 (en) Systems and methods for coupling a superconducting transmission line to an array of resonators
JP2006506010A (en) Phase noise reduction device
US20210375516A1 (en) Superconducting tunable inductance
JP2020536397A (en) Flip chip shaped low footprint resonator
CN109792840B (en) Multilayer printed circuit board for reducing quantum signal crosstalk
JP2013058705A (en) Superconductive single-flux quantum integrated circuit device
GB1370723A (en) Supercurrent structures and apparatus
JP2004072305A (en) Superconducting driver circuit
Auvil et al. Propagation and generation of Josephson radiation in superconductor/insulator superlattices
Li et al. Superconductor digital circuits with π junctions alone
JPH0238018B2 (en)
US10665918B2 (en) Circulator for use in superconducting quantum technology
DE19927661A1 (en) Superconductor structure useful for h.f. components, strip conductors, active electronic components and SQUID measuring devices
CN218413512U (en) Quantum chip and quantum computer
Oberly et al. Conceptual approach to the ultimate low AC loss YBCO superconductor
JP2940503B2 (en) Superconducting integrated circuits
JP3737980B2 (en) Superconducting junction line
JP2019516212A (en) Superconducting device for operation in an external magnetic field
Takács Low coupling losses in YBa2Cu3O7 coated conductors with current sharing between the superconducting stripes
JP2002050931A (en) High frequency oscillator using copper oxide superconducting single crystal
JP3972003B2 (en) Signal switching device
JP3511212B2 (en) Electron wave interference device
GB2622267A (en) Charged particle trap
Sheikhzada Nonlinear Dynamics of Vortices in Different Types of Grain Boundaries